Земні калорії — знаходяться в шахтах, але не вугілля?

Зберегти непоновлюване органічне паливо — життєво важлива планетарна проблема нашого століття. Тому зараз реалізується безліч науково-технічних програм для підвищення економічності вироблення та споживання енергії традиційними способами. Серед них особливе місце займають теплонасосні технології, які перетворюють непридатне тепло водойм, річок, ґрунтових і геотермальних вод, стоків каналізації, теплових викидів АЕС і ТЕС на реальне тепло.

Економія на все життя

Теплонасосні установки (ТНУ) уже поширені й роб­лять найбільший внесок у заміщення вичерпних природних вуглеводнів. За оцінками Міжнародного енергетичного агентства (IEA), уже через 10 років майже три чверті виробничого й комунального теплопостачання в різних країнах здійснюватиметься з їхньою допомогою. На планеті зараз кількість установлених теплових насосів величезна — майже 20 млн. І все одно треба більше! До того ж у Бельгії років через п’ять закриють дві старі АЕС, а невідпрацьованого обводненого вугілля в надрах «країни діамантів і шоколаду» ще цілком вистачає.

Переваги нинішніх ТНУ — їх комплексна екологічність та енергоефективність. Недоліком же поки залишається висока вартість, причому не тільки обладнання самих теплонасосних установок, а й систем збору низькопотенційного тепла. У зв’язку з цим застосування теплових насосів у системах утилізації тепла води, яка відкачується з шахт і кар’єрів, виглядає досить привабливо, оскільки в цьому випадку додаткові витрати мінімальні. Актуальність цієї технології зростає особливо для шахт, де нема джерел непридатного тепла, потенціалу гарячого водопостачання, а цілорічна потреба в гарячій воді на них задовольняється за рахунок роботи невеликих вугільних котелень, які сполучають низьку ефективність із високими викидами шкідливих речовин у довкілля.

Про важливість використання ТНУ у вугільній промисловості та житлово-комунальному господарстві­ країн СНД сказав президент НВФ «ЕКІП» Анатолій ­Савицький (Москва):

— Перші ТНУ при шахтах з’явилися в СРСР ще 1985 року. Через три роки перший теплонасос для відбору тепла шахтних вод установили на шахті «Ключевська» ВО «Кізелвугілля» у Пермській області. Особливо відзначу, що на один витрачений кіловат електроенергії тоді було отримано 3,5 кіловата тепла… Це ж стосується й квартирних теплоприладів: якщо температура 60°С, то маємо 1:3, а якщо тепла підлога, як це поширено в Європі, то відповідно вище — 1:4–1:5. На цьому ґрунтується 50% теплоспоживання в дуже багатій і холодній Швеції. Ми ж витрачаємо на обігрів одного кубометра в 4—5 разів більше первинних енергоресурсів. А питання про вартість завжди відносне. Зрозуміло, що не всі можуть собі дозволити теплонасос на дачі, але якщо у світі їх уже два десятки мільйонів, то споживачі зрозуміли вигоду. На Заході вкладення окуповуються за 1—2 роки, у нас поки довше, зате така техніка забезпечить істотну економію на десятки років. Так, ТНУ для утилізації промстоків і каналізаційних вод на всіх очисних станціях Москви зможе на 10% зменшити споживання первинних енергоресурсів за рахунок використання тепла, що втрачається безповоротно.

«Благодатні» шахтні води

Із вугільних горизонтів на українських шахтах відкачується величезна кількість води, у ній теж дуже багато теплової енергії. І щоб її використовувати, а не палити газ-мазут-вугілля, на шахті «Благодатна» ПАТ «ДПЕК Павлоградвугілля» впроваджена ТНУ, що використовує тепло шахтної води в системі гарячого водопостачання.

Розповідає один з авторів інноваційної ТНУ, завідувач кафедри гірничої механіки Національного гірничого університету (м. Дніпропетровськ), професор, доктор технічних наук Володимир­ Самуся:

— Створення теплонасосної установки стало реальним завдяки розумінню необхідності розв’язання проблем енергозбереження та екології довкілля в країні та ініціативам керівництва компанії ДПЕК і нашого університету. Особливо хочу відзначити: створюючи цей унікальний теплоагрегат, робили ставку на українське обладнання, що дозволило істотно знизити інвестиції на спорудження ТНУ-800. Необхідна теплопродуктивність установки, розрахована виходячи з умови нагрівання добового обягу води 120 кубометрів за 7 годин від початкової температури 5°С до кінцевої 45°С, становила 800 кіловатів. Теплонасоси НКТ-270 за температур сухої насиченої пари у випарнику +10°С і в конденсаторі +55°С можуть виробляти 256 кіловатів теп­лової енергії. Обладнання працює в автоматичному режимі й не вимагає постійної присутності обслугового персоналу.

Про високі показники його роботи в умовах гірничого підприємства говорить і генеральний директор ПАТ «ДПЕК Павлоградвугілля»­ кандидат технічних наук ­Артур Мартовицький:

— Результати випробувань і досвід експлуатації підтвердили правильність проектних параметрів установки. Цей передовий теплоагрегат дозволить обійтися без шахтної котельні й заощадити близько 600 тисяч гривень експлуатаційних витрат на рік. Відзначу також, що кожна кіловат-година витраченої електроенергії забезпечує виробництво в ТНУ-800 до 3,5 кіловат-годин тепла, з яких 2,5 припадає на тепло, яке відбирається в шахтної води, що доводить високу енергоефективність установки. Розрахунковий строк окупності інвестицій — не більше 4 років. Споруджена на шахті «Благодатна» ТНУ стала першою в Україні й найпотужнішою в країнах СНД для використання кілокалорій непридатних шахтних вод. Але в нашій компанії на шахті ім. Сташкова відкачується до 1500 кубів води на годину. І це вже не просто вода, а серйозна теплова потужність, яку можна ефективно використовувати. Наступного року планується за участю НГУ впровадження ще двох аналогічних теплонасосних установок на шахтах ПАТ «ДПЕК Павлоградвугілля».

«Купуй українське!»

Загальне технічне рішення з визначенням параметрів гідравлічних і теплових режимів установки розроблено вченими НГУ. Основні елементи ТНУ, теплові насоси й теплообмінники шахтної води спроектовані й виготовлені на мелітопольському заводі холодильного машинобудування «Рефма». У теплонасосах НКТ-270 застосовані гвинтові напівгерметичні компресори фірми Bitzer і пластинчасті випарники й конденсатори фірми «Альфа-Лаваль».

Робочий проект ТНУ виконало місцеве ДП «Дніпрогіпрошахт», а будівельно-монтажні роботи — ТОВ «Спеценергомонтаж». Велику допомогу в організації та проведенні робіт надали керівництво й фахівці ПАТ «ДПЕК Павлоградвугілля», тому установку, від пророб­лення технічних рішень і до введення в експлуатацію, створили лише за 8 місяців.

— З огляду на величезний тепловий потенціал відкачуваних шахтних вод у масштабі країни, демонстрація ефективності розробленої технології буде ще одним стимулом для широкого застосування теплонасосів у вугільній і гірничорудній промисловості України, скоротивши таким чином значне відставання від розвинених країн, де ТНУ давно й активно заступають місце традиційних схем теплопостачання. Зрозуміло, що в цій галузі ПЕК майбутнє за такими чистими технологіями, інтенсивним використанням вторинних ресурсів для теплозабезпечення промислових підприємств і підвищення їхньої рентабельності, — підсумував професор Самуся.

До речі

Практичного застосування ТНУ набули в 40-х роках ХХ століття, коли винахідник-ентузіаст зі США Роберт Вебер проводив експерименти з морозильною камерою.

Якось він, доторкнувшись до її вихідної гарячої труби, зрозумів: відхідне тепло — просто відходи. Винахідник замислився над тим, як його використовувати, і вирішив помістити трубу в бойлер для нагрівання води. Потім у Вебера з’явилася ідея «викачувати» тепло із землі, де температура була постійною майже протягом року. Він помістив у ґрунт мідні труби, якими циркулював фреон, що збирав земне тепло. Газовий конденсат віддавав своє тепло в будинки й знову проходив через змійовик за новою порцією. Через рік Вебер продав свою стару вугільну піч…

Тим часом

Як уже повідомлялось, 5 жовтня в Кривому Розі відбулася міжнародна конференція «Угода мерів — шлях до сталого енергетичного розвитку міста». У заході взяли участь мери міст і відповідальні за міські ПЕК, українські й міжнародні експерти, інші офіційні й зацікавлені особи. Про перспективи Дніпропетровської області з її найпотужнішими в країні, але надто енергозатратними ПЕК, ГМК і АПК присутні довідалися з виступу голови Дніпропетровської облради Євгена Удода:

— Енергоефективність може й має бути найважливішим пріоритетом для міського господарства. Використання сучасних приладів обліку, модернізація інфраструктури, чіткий моніторинг і конт­роль її стану й витрат ресурсів — ось завдання, які міста повинні послідовно й системно вирішувати. Енергозбережні технології сьогодні впроваджуються у разі модернізації базових галузей економіки, реконструкції та будівництві установ освіти, медицини, ЖКГ. Дбайливе, продумане поводження з енергоносіями, раціональні системи їхньої подачі й розподілу дозволять не тільки скоротити їхню витрату, а й домогтися оптимізації тарифів, а отже, зменшити гостроту цього важливого питання й отримати позитивний соціального ефект. Саме таким шляхом — жорсткої та розумної економії ресурсів — ішли багато країн Європи й Азії, зокрема Швейцарія, Японія, Ізраїль. В умовах мінімуму (або повної відсутності) власних енергоресурсів вони зуміли створити такі раціональні й ощадливі системи їхнього використання, що вони уможливили не тільки ефективний розвиток цих держав, а й додаткові конкурентні переваги в масштабах світової економіки.

Але добрі ідеї подорожують без віз. Тому у Луганську на II Міжнародному інвестиційному форумі було представлено один із найдорожчих інвестпроектів — створення в м. Брянці комплексного овочесховища на 2400 тонн.

— Цей проект ґрунтується на відкачуванні води із глибини понад 300 метрів однієї з місцевих затоплених шахт і використанні її для опалення теп­лиць і службових приміщень об’єкта, що дозволить значно заощадити на енерговитратах. Для реалізації проекту необхідні вкладення в сумі понад 10 мільйонів доларів, але за нашим ТЕО вони окуп­ляться менш ніж через 4 роки, — пояснив директор ТОВ «СхідЛуг» Петро Кравчук.

Вигода очевидна. Та чи не занадто великі інвестиції?